PEMODELAN SISTEM PANAS BUMI DAERAH KINTAMANI, BALI BERDASARKAN INVERSI 3 DIMENSI GAYA BERAT
(Skripsi)
Oleh Yola Rosiana
1615051010
JURUSAN TEKNIK GEOFISIKA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS LAMPUNG
BANDAR LAMPUNG 2023
i
ABSTRACT
GEOTHERMAL SYSTEM MODELING IN KINTAMANI, BALI BASED ON 3 DIMENSIONAL INVERSION OF HEAVY
FORCES
By
YOLA ROSIANA
Administratively the Kintamani geothermal area, Mount Batur, is in Bangli Regency, Bali Province, which is closely related to volcanic activity on Mount Batur where the research area has several fault geological structures and geothermal system components, so this study aims to find fault structures and Geothermal system components use inverse modeling to identify geological structures based on 3D modeling of Complete Bouguer Anomaly data. Gravity processing in this study was carried out by calculating the gravity correction so that the Bouguer Anomaly values obtained were 35.2 mGal to 283.4 mGal. Furthermore, spectrum analysis is used in the moving average filter to obtain a Residual depth value of 252.3 m and a regional depth value of 4870.7 m. Furthermore, a derivative analysis was carried out in the form of a correlation of FHD and SVD values where the high FHD anomaly had anomaly values ranging from 0.12862 mGal to 0.20670 mGal and an anomaly value of 0 mGal in SVD, which is located in the southern part of the Batur Caldera which experienced a collapse crater and in the east which is located around Lake Batur. Based on the results of subsurface 3D modeling, it is known that three rock formations are suspected to be breccia rocks formed from weathering of igneous rocks resulting from the eruption of Mount Batur as topsoil layers. There is a covering layer (clay cap), and finally, the reservoir rock stores geothermal fluid.
Keywords: Gravity, Gravity Correction, Second Vertical Derivative, Inverse modeling
ii
ABSTRAK
PEMODELAN SISTEM PANAS BUMI DAERAH KINTAMANI, BALI BERDASARKAN INVERSI 3 DIMENSI GAYA BERAT
Oleh YOLA ROSIANA
Secara administrasi daerah panas bumi Kintamani, Gunung Batur berada di Kabupaten Bangli, Provinsi Bali yang erat kaitannya dengan aktivitas vulkanik di Gunung Batur di mana di sekitar area penelitian memiliki beberapa struktur geologi patahan dan komponen sistem panas bumi sehingga penelitian ini bertujuan untuk mencari struktur patahan dan komponen sistem panas bumi menggunakan inverse modelling dalam mengidentifikasi struktur geologi berdasarkan pemodelan 3D data Anomali Bouguer Lengkap. Pengolahan gaya berat pada penelitian ini dilakukan dengan melakukan perhitungan dari koreksi gaya berat, sehingga didapatkan nilai Anomali Bouguer yang diperoleh sebesar 35.2 mGal sampai 283.4 mGal.
Selanjutnya dilakukan analisis spektrum yang digunakan pada filter moving average, sehingga diperoleh nilai kedalaman Residual sebesar 252.3 m dan nilai kedalaman Regional sebesar 4870.7 m. Selanjutnya dilakukan analisa derivative berupa korelasi nilai FHD dan SVD dimana anomali tinggi FHD memiliki nilai anomali berkisar 0.12862 mGal sampai 0.20670 mGal dan nilai anomali 0 mGal pada SVD yang terdapat di bagian selatan Kaldera Batur yang mengalami collapse crater (kawan runtuh) dan di bagian timur yang terdapat di sekitar Danau Batur.
Berdasarkan hasil pemodelan 3D model bawah permukaan, diketahui terdapat tiga susunan batuan yang diduga berupa batuan breksi yang terbentuk dari pelapukan batuan beku hasil erupsi Gunung Batur sebagai lapisan top soil, kemudian terdapat lapisan penudung (clay cap) dan yang terakhir terdapat batuan reservoar yang menyimpun fluida panas bumi.
Kata kunci: Gaya Berat, Koreksi Gaya Berat, Second Vertical Derivative, Inverse modelling
iii
PEMODELAN SISTEM PANAS BUMI DAERAH KINTAMANI, BALI BERDASARKAN INVERSI 3 DIMENSI GAYA BERAT
Oleh YOLA ROSIANA
Skripsi
Sebagai Salah Satu Syarat untuk Mencapai Gelar SARJANA TEKNIK
Pada
Jurusan Teknik Geofisika Fakultas Teknik Universitas Lampung
JURUSAN TEKNIK GEOFISIKA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS LAMPUNG
BANDAR LAMPUNG 2023
vii
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Labuhan Maringgai pada tanggal 19 Juli 1998 dan merupakan anak ketiga dari empat bersaudara dari pasangan Bapak Edi Susilo dan Ibu Helda Refayani. Penulis menempuh pendidikan formalnya dari Taman Kanak-kanan (TK) Tunas Harapan, yang diselesaikan pada tahun 2004, pendidikan Sekolah Dasar di SD Negeri 2 Muara Gading Mas pada tahun 2010, pendidikan Sekolah Menengah Pertama di SMP Al – Kautsar Bandar Lampung pada tahun 2013, pendidikan Sekolah Menengah Atas di SMA Al – Azhar 3 Bandar Lampung pada tahun 2016.
Pada tahun 2016, penulis melanjutkan pendidikan di perguruan tinggi dan terdaftar sebagai mahasiswa pada Fakultas Teknik Jurusan Teknik Geofisika Universitas Lampung. Selama menjadi mahasiswa, penulis aktif berorganisasi di kampus. Pada tahun 2017 hingga 2019 penulis tercatat sebagai anggota aktif pada Bidang Sosial Budaya Masyarakat Himpunan Mahasiswa (HIMA) Teknik Geofisika Bhuwana Universitas Lampung. Pada tahun 2018 penulis tercatat sebagai staff ahli Dinas Dana dan Usaha Badan Eksekutif Mahasiswa (BEM) Fakultas Teknik dan Tahun 2018 penulis bergabung sebagai anggota Divisi Dana dan Usaha Himpunan Mahasiswa Geofisika Indonesia Wilayah 1 (HMGI).
Pada bulan Juli hingga Agustus tahun 2019 penulis melaksanakan Kuliah Kerja Nyata (KKN) di Desa Sinar Sekampung, Kecamatan Air Naningan, Kabupaten Tanggamus.
Dalam mengaplikasikan ilmu di bidang Geofisika, penulis telah melaksanakan Praktek Kerja Lapangan (PKL) pada Februari 2019 di Balai Penyelidikan dan
viii
Pengembangan Teknologi Kebencanaan Geologi (BPPTKG) Yogyakarta dengan tema “Analisis Energi Gempa Guguran (RF) Pada Aktivitas Gunung Merapi Bulan November – Desember 2018”. Lalu pada Bulan Februari 2020 hingga Maret 2020, Penulis melakukan Penelitian Tugas Akhir di Pusat Sumber Daya Mineral Batubara dan Panas Bumi “PSDMBP”. Hingga akhirnya penulis berhasil menyelesaikan pendidikan sarjananya pada Februari 2023 dengan skripsi yang berjudul “Pemodelan Sistem Panas Bumi Daerah Kintamani, Bali Berdasarkan Inversi 3 Dimensi Gaya Berat”.
ix
PERSEMBAHAN
Dengan penuh rasa syukur dan berkat rahmat
Allah SWT.
Saya persembahkan skrispsi ini kepada:Ayah dan Ibu tercinta,
Edi Susilo dan Helda Refayani
Terima kasih atas doa, kasih sayang dan segala bentuk dukungan yang telah diberikan dengan sangat tulus kepada saya. Berkat pengorbanan dan jasa kalian
lah yang menghantarkan saya ke titik ini. Semoga kelak saya dapat membahagiakan dan membanggakan keluarga.
Kakak tersayang,
Ratih Permai Sari Ervan Ario Prayogo
Yulisma Amani
Adik tersayang,
Bhakti Vicky Prayogo
Terima kasih atas do’a dan dukungan yang telah adik berikan. Terima kasih sudah menjadi panutan dan pelepas penat yang baik untuk penulis. Semoga kelak kita
dapat membawa kebahagiaan dan kebanggaan pada orang tua dan keluarga.
x
Teknik Geofisika Universitas Lampung 2016
Terimakasih atas do’a dan dukungan kalian selama ini. Terimakasih juga sudah menyambut, menerima, dan menjadi keluarga yang baik untuk saya. Terimakasih untuk semua pengalaman dan pelajaran hidup serta suka dan duka yang telah kita
lalui bersama. Sukses selalu untuk kita semua.
Keluarga Besar Teknik Geofisika Universitas Lampung
Terimakasih atas pengalaman dan bantuannya selama saya menempuh kuliah disini. Semoga abang-abang dan adik-adik sukses selalu dan menjadi pribadi yang
terus membantu sesama seperti apa yang telah kalian berikan kepada penulis.
Almamater Kebanggaan
Universitas Lampung
xi
MOTTO
"Tetapi barangsiapa bersabar dan memaafkan, sungguh yang demikian itu termasuk perbuatan yang mulia"
(QS. Ash-Shura: 43)
“You still have a lot of time to make yourself be what you want”
(S.E Hinton)
“Kamu tidak bisa kembali dan mengubah awal saat kamu memulainya, tapi kamu bisa memulainya lagi dari di mana
kamu berada sekarang dan ubah akhirnya ” (C.S Lewis)
“
Make sure to also tell yourself that you’ve work hard, and you did well today”(Day6 YoungK)
xii
KATA PENGANTAR
Assalamu’alaikum Wr. Wb.
Alhamdulillah, segala puji bagi Allah Subhanahu Wa Ta'ala yang telah memberikan rahmat, hidayah dan karunia-Nya kepada penulis, sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini. Tak lupa shalawat serta salam saya ucapkan kepada Nabi Muhammad Shalallaahu Alaihi Wassalaam. Sehingga skripsi yang berjudul
“Pemodelan Sistem Panas Bumi Daerah Kintamani, Bali Berdasarkan Inversi 3 Dimensi Gaya Berat” dapat terselesaikan dengan baik. Skripsi ini dibuat dalam rangka memenuhi persyaratan untuk dapat menyelesaikan studi sebagai Sarjana Teknik pada Jurusan Teknik Geofisika, Fakultas Teknik, Universitas Lampung.
Dengan adanya penelitian ini penulis bisa memahami fenomena-fenomena nyata yang terjadi di alam serta dapat mengaplikasikan teori yang sudah diperoleh selama kuliah pada kegiatan eksplorasi yang sebenarnya. Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih terdapat banyak kekurangan. Oleh karena itu, diperlukan saran dan kritik yang membangun untuk perbaikan ke depannya. Semoga skripsi ini dapat bermanfaat bagi kita semua.
Bandar Lampung, 17 Februari 2023 Penulis
Yola Rosiana
xiii
SANWACANA
Selama menjalani tugas akhir dan penulisan skripsi ini tentu saja tidak terlepas dari banyak pihak yang sangat membantu, bukan saja dari segi keilmuan, dan dukungan tetapi juga dari segi kehidupan yang tidak mungkin penulis dapatkan hanya di bangku kuliah saja. Oleh karena itu, penulis dengan kerendahan hati mengucapkan terima kasih kepada:
1. Allah SWT. yang telah melimpahkan rahmat, dan karunia-Nya lah penulis masih dapat bernafas dan mampu menyelesaikan skripsi ini.
2. Bapak Edi Susilo dan Ibu Helda Refayani tercinta, terimakasih telah menjadi orang tua yang telah memberikan kasih sayang, dukungan, doa, dan segala pengorbanan yang telah dilakukan untuk penulis.
3. Kakak Tercinta Ratih Permai Sari dan Ervan Ario Prayogo serta Adik tercinta Bhakti Vicky Prayogo yang sudah memberikan doa dan semangatnya untuk penulis.
4. Bapak Dr. Eng. Helmy Fitriawan, S.T., M.Sc. sebagai Dekan Fakultas Teknik, Universitas Lampung.
5. Bapak Karyanto, S.Si., M.T. selaku Ketua Jurusan Teknik Geofisika Universitas Lampung.
6. Bapak Dr. Ahmad Zaenudin, S.Si., M.T. selaku Dosen Pembimbing 1 Tugas Akhir penulis, yang telah menyempatkan waktunya untuk memberikan ilmu, motivasi, dan arahan sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini.
7. Bapak Rustadi, S.Si., M.T. selaku Dosen Pembimbing 2 Tugas Akhir penulis, yang telah menyempatkan waktunya untuk memberikan ilmu, motivasi, dan arahan sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini.
8. Bapak Dr. Alimuddin Muchtar, S.Si., M.Si. selaku Dosen Penguji Tugas
xiv
Akhir penulis yang telah memberikan saran dan masukan kepada penulis.
9. Bapak Dr. Ir. Nandi Haerudin, S.Si., M.Si. selaku Dosen Pembimbing Akademik di Jurusan Teknik Geofisika Universitas Lampung.
10. Dosen - dosen dan Staff Jurusan Teknik Geofisika Universitas Lampung yang penulis hormati, yang telah memberikan ilmu dan bantuan selama ini.
11. Fitria Harleni, sebagai teman seperjuangan tugas akhir di PSDMBP semoga kita semua sukses dikemudian hari.
12. Qia, Sute, Dwi, Nida, Essy, Ttong, Bani, Lili, Nisa, dan Fatin selaku penyemangat dan motivator yang telah memberikan alasan penulis untuk bekerja keras dan menjadi manusia yang lebih baik lagi.
13. Menantu Idaman Detri, Zahra, Echa, Etri, dan Tiara sebagai teman terbaik bagi penulis, yang selalu membantu menyemangati, mendengarkan keluh kesah penulis, sehingga penulis dapat menyelesaikan laporan Tugas Akhir ini.
14. David, Eko, Fristi, Kristin, Pupu, dan Bani semoga kita semua sukses.
15. Ahfas , Echa, Adli dan Detri selaku mentor dan teman berdiskusi yang telah menyampaikan ilmu dan arahan yang baik dalam membantu menyelesaikan skripsi ini.
16. Alvin, Detry, Fikri, Haqqie, Lintang, Mufido, dan Ahfas selaku Tim SARJANA TEKNIK yang telah saling menyemangati dan mengingatkan satu sama lain tentang tujuan kita menjadi mahasiswa serta memotivasi mental penulis.
17. HIMA TG BHUWANA selaku tempat yang membentuk penulis menjadi pribadi yang seperti sekarang.
18. Keluarga besar Teknik Geofisika 2016, Detry, Fikri, Suci A, Mirza, Eca, Yovan, Tri Wahyu, Yuzir, Igo, Yola, Alia, Fidel, Puja, Dini, Fitria, Arel, Ikhsan, Fristi, Fachrul, Zahra, Ditha, Umam, Buyung, Eko, Etri, Ripang, David, Ribka, Jaka, Arya, Ramos, Desima, Gege, Haqqie, Sarah, Machrani, Alvin, Adli, Suci K, Puteri, Lintang, Pupu, Tiara Kintani, Clara, Iis, Bani, Nadya, Kristin, Arief, Mufido, Afifah, Tiara Nandya.
yang selalu memberikan dukungan serta semangat. Berkat dukungan dan bantuan kalian skripsi ini dapat terselesaikan dengan baik.
xv
Serta semua pihak satu persatu yang telah memberikan dukungan sehingga skripsi ini dapat selesai. Semoga Allah membalas semua kebaikan yang telah diberikan.
Penulis menyadari bahwa dalam penulisan skripsi ini masih terdapat kekurangan dan kesalahan. Oleh karena itu, penulis mengharapkan kritik dan saran yang membangun sehingga dapat bermanfaat dalam dunia ilmu Pengetahuan dan Teknologi. Semoga Allah SWT mencatat dan membalas semua kebaikan yang telah diberikan kepada penulis,
Bandar Lampung, 17 Februari 2023 Penulis
Yola Rosiana
xvi DAFTAR ISI
ABSTRACT ... i
ABSTRAK ... ii
HALAMAN JUDUL ... iii
HALAMAN PERSETUJUAN ... iv
HALAMAN PENGESAHAN ... v
HALAMAN PERNYATAAN ... vi
RIWAYAT HIDUP ... vii
PERSEMBAHAN ... ix
MOTTO ... xi
KATA PENGANTAR ... xii
SANWACANA ... xiii
DAFTAR ISI ... xvi
DAFTAR GAMBAR ... xx
DAFTAR TABEL ... xxii
xvii I. PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang ... 1
1.2 Tujuan Penelitian ... 3
1.3 Batasan Masalah ... 3
1.4 Manfaat Penelitian ... 3
II. TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Letak dan Lokasi Penelitian ... 4
2.2 Kondisi Geologi Regional ... 5
2.3 Kondisi Geologi Regional ... 7
III. TEORI DASAR 3.1 Konsep Metode Gaya Berat ... 10
3.2 Prinsip Dasar Metode Gayaberat ... 10
3.1.1 Hukum Newton Tentang Gravitasi ... 10
3.1.2 Percepatan gayaberat ... 11
3.1.3 Potensial gayaberat ... 12
3.1.4 Rapat Masa Batuan ... 13
3.3 Koreksi Gayaberat (gravity) ... 14
3.3.1 Koreksi pasang surut (tide correction) ... 15
3.3.2 Koreksi Apungan (drift correction) ... 16
3.3.3 Koreksi Lintang (latitude correction) ... 18
3.3.4 Koreksi udara bebas (free air correction) ... 19
3.3.5 Koreksi Bouguer (Bouguer Correction) ... 20
3.3.6 Koreksi medan (terrain correction) ... 22
3.4 Anomali Bouguer Data Gayaberat ... 24
3.5 Estimasi Densitas Permukaan Rata-Rata …. ... 26
3.5.1 Meotode Parasnis ... 26
3.5.2 Metode Nettleton ... 26
3.6 Moving average …… ... 27
3.7 Second Vertical Derivative (SVD)…… ... 27
3.8 Forward Modelling ... 29
xviii
3.9 Inverse Modelling …… ... 31
3.10 Sistem Panas Bumi ... 33
IV. METODOLOGI PENELITIAN 4.1 Waktu dan Tempat Penelitian ... 36
4.2 Alat dan Bahan ... 36
4.3 Jadwal Kegiatan ... 37
4.4 Tahap Pengolahan Data ... 38
4.4.1 Pengolahan Data Lapangan ... 38
4.4.2 Membuat Peta Kontur Anomali Bouguer ... 38
4.4.3 Analisis Spektrum ... 38
4.4.4 Pemisahan Anomali Regional dan Residual ... 39
4.4.5 Analisis Derivative... 40
4.4.6 Pemodelan Bawah Permukaan ... 40
4.5 Diagram Alir Penelitian ... 41
V. HASIL DAN PEMBAHASAN 5.1 Anomali Bouguer ... 44
5.1.1 Reduksi Data ... 44
5.2 Penentuan Densitas Permukaan ... 45
5.2.1 Metode Parasnis ... 45
5.2.2 Metode Nettleton ... 46
5.3 Analisis Spektrum ... 48
5.4 Pemisahan Anomali Regional dan Residual ... 56
5.4.1 Anomali Regional ... 57
5.4.2 Anomali Residual ... 57
5.5 Analisa Derivative ... 59
5.5.1 First Horizontal Derivative (FHD) ... 60
5.5.2 Second Vertical Derivative (SVD) ... 61
5.6 Pemodelan Inversi 3 Dimensi ... 62
xix VI. KESIMPULAN DAN SARAN
6.1 Kesimpulan ... 69 6.2 Saran……… ... 70
DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN
xx
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 1. Lokasi penelitian ... 4
Gambar 2. Peta Geologi Daerah Panas Bumi Kintamani, Kabupaten Bangli, Bali ... 6
Gambar 3. Gaya tarik menarik antara dua benda (Blakely, 1996) ... 11
Gambar 4. Koreksi Pasang Surut (Telford, dkk.,1990) ... 15
Gambar 5. Pengukuran Looping ... 17
Gambar 6. Koreksi Lintang (Telford, dkk. 1990)... 19
Gambar 7. Koreksi udara bebas terhadap data gaya berat (Zhou, dkk., 1990) ... 20
Gambar 8. Koreksi Bouguer (Zhou, dkk. 1990). ... 21
Gambar 9. Stasiun yang berada dekat dengan gunung (Reynolds, 1997). .. 22
Gambar 10. Stasiun yang berada dekat dengan lembah (Reynolds, 1997). 23
Gambar 11. Hammer Chart (Reynolds, 1997) ... 23
Gambar 12. Penentuan densitas rata-rata dengan Metode Nettleton. (a) Titik-titik pengambilan data. (b) Metode Nettleton dengan variasi nilai densitas. (Lowrie, 2006). ... 27
Gambar 13. Elemen-elemen geometri yang diperlukan dalam perhitungan anomali gravitasi yang disebabkan oleh benda tiga dimensi (Talwani, 1960). ... 32
Gambar 14. Diagram Alir ... 42
xxi
Gambar 15. Hasil Pengolahan data pada Microsoft Excel ... 44 Gambar 16. Metode Parasnis ... 45 Gambar 17. Peta Anomali Bouguer Lengkap ... 46 Gambar 18. Peta sayatan pada anomali bouguer ... 48 Gambar 19. Grafik ln A vs K (Lintasan 1) Analisis Spektrum ... 49 Gambar 20. Grafik ln A vs K (Lintasan 2) Analisis Spektrum ... 50 Gambar 21. Grafik ln A vs K (Lintasan 3) Analisis Spektrum ... 51 Gambar 22. Grafik ln A vs K (Lintasan 4) Analisis Spektrum ... 52 Gambar 23. Grafik ln A vs K (Lintasan 5) Analisis Spektrum ... 53 Gambar 24. Peta Anomali Regional ... 57 Gambar 25. Peta Anomali Residual ... 58 Gambar 26. Peta First Horizontal Derivative (FHD) ... 59 Gambar 27. Peta Second Vertical Derivative (SVD) ... 60 Gambar 28. Peta sayatan pada anomali residual ... 61 Gambar 29. Model A-A’ ... 62 Gambar 30. Model B-B’ ... 64 Gambar 31. Model C-C’ ... 65 Gambar 32. Model D-D’ ... 67 Gambar 33. Model E-E’ ... 68
xxii
DAFTAR TABEL
Halaman Tabel 1. Manifestasi Permukaan Daerah Kintamani, Bali ... 8 Tabel 2. Nilai Densitas Batuan ... 13 Tabel 3. Henderson dan Zietz (1949) ... 29 Tabel 4. Elkins (1951) ... 29 Tabel 5. Rosenbach (1953) ... 29 Tabel 6. Jadwal kegiatan penelitian ... 37 Tabel 7. Rata – rata densitas permukaan menggunakan metode nettleton... 45 Tabel 8. Kedalaman Anomali Bouguer Regional dan Residual ... 54 Tabel 9. Bilangan Gelombang (k) dan Lebar jendela (N) ... 54
1
I. PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Kebutuhan akan energi di dunia terus bertambah seiring berjalannya waktu, sehingga produksi juga harus terus bertambah untuk mencukupi kebutuhan tersebut. Seiring berjalannya waktu, teknologi terus berkembang. Bahkan kini, sudah banyak energi-energi alternatif yang berkualitas serta ramah lingkungan seperti tenaga surya, tenaga air, tenaga udara dan panas bumi.
Panas bumi adalah energi yang tersimpan dalam batuan di bawah permukaan bumi dan fluida yang terkandung didalamnya. Penggunaan panas bumi sebagai sumber energi dimulai pada awal abad 20, ketika listrik pertama kali dihasilkan dari uap panas bumi di Larderello, Italia pada tahun 1904 (Gupta and Roy, 2007).
Bumi tersusun atas struktur yang memiliki jenis batuan, sifat dan karakteristik yang berbeda. Sifat dan karakteristik dapat diketahui dengan menerapkan hukum fsika yang sesuai dengan sifat dan karakteristik yang ingin diselidiki. Untuk mengetahui sifat fisis tersebut dapat menggunakan metode geofisika. Salah satunya adalah metode gayaberat. Metode gayaberat merupakan salah satu metode yang sangat penting dalam mendeteksi keberadaan daerah prospek panasbumi, metode gayaberat dapat menggambarkan kondisi bawah permukaan dengan cara membedakan nilai densitas batuan sehingga dapat menentukan
2
setiap bagian dari suatu sistem panasbumi seperti batuan penudung (cap rock), reservoar, dan sumber panas (heat source). Metode gayaberat juga dapat mendeteksi keberadaan struktur di bawah permukaan sebagai perangkap dan jalur transportasi fluida yaitu daerah pengisian (recharge area) dan daerah keluaran (discharge area) sebagai salah satu syarat terbentuknya sistem panasbumi. Dalam eksplorasi energi panasbumi, metode gayaberat dapat mendeteksi perbedaan densitas batuan di bawah permukaan yang membentuk suatu sistem panasbumi. Metode gayaberat juga dapat digunakan untuk membuat model struktur bawah permukaan yang akan digunakan sebagai acuan untuk melakukan interpretasi. Dengan melakukan interpretasi tersebut diharapkan dapat memberikan informasi dan gambaran yang lebih baik tentang kondisi daerah prospek panasbumi (Telford dkk, 1990).
Dalam hal ini ini penulis menggunakan data anomali gaya berat dengan metode second vertical derivative (SVD) untuk mengidentifikasi zona sesar dan struktur bawah permukaan yang ada pada daerah penelitian. Metode gaya berat merupakan metode geofisika yang sensitif terhadap perubahan vertikal, oleh karena itu metode ini disukai untuk mempelajari kontak intrusi, batuan dasar, struktur geologi, endapan sungai purba, lubang di dalam masa batuan dan lain- lain. Pemilihan metode SVD pada penelitian kali ini disebabkan metode ini merupakan metode yang sangat bagus untuk mengetahui diskontinuitas suatu struktur bawah permukaan, terutama mendeteksi keberadaan sesar/patahan.
Dengan metode SVD dapat dimunculkan sumber-sumber anomali yang bersifat lokal/dangkal. Metode ini dapat membantu interpretasi struktur patahan dan jenis patahan (sesar naik atau turun) dari data anomali bouguer (Sarkowi, 2014).
3
1.2 Tujuan Penelitian
1. Menghitung Anomali Bouguer Lengkap dari data gaya berat .
2. Memodelkan densitas secara 3D untuk memodelkan densitas bawah permukaan.
3. Melakukan interpretasi bawah permukaan terkait sesar dan komponen panas bumi.
1.3 Batasan Masalah
1. Penelitian menggunakan data sekunder gravity untuk menginterpretasikan bawah permukaan panas bumi pada daerah penelitian.
2. Pemisahan anomali regional dan residual dilakukan dengan menggunakan metode moving avarage.
3. Metode identifikasi struktur patahan menggunakan metode gaya berat second veritical derivative (SVD).
4. Analisis model bawah permukaan berdasarkan hasil pemodelan inversi gravity 3D di daerah penelitian.
1.4 Manfaat Penelitian
Manfaat dari penelitian ini dapat mengetahui struktur bawah permukaan sebagai gambaran mengenai sistem panas bumi yang ada di daerah Kintamani, Bali.
Selain itu, diharapkan dapat dijadikan acuan referensi oleh peneliti lain yang akan melakukan penelitian yang serupa atau berkaitan.
5
II. TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Letak dan Lokasi Penelitian
Penelitian ini dilaksanakan menggunakan data penelitian Pusat Sumber Daya Mineral Batubara dan Panas Bumi “PSDMBP”. Adapun lokasi penelitian berada pada Lapangan Panas Bumi yang berada di Kintamani, Bali seperti yang terlihat pada Gambar 1.
Gambar 1. Lokasi penelitian
5
Daerah penelitian panas bumi dalam paper ini adalah kawasan Gunung Batur yang secara geografis berlokasi di Kecamatan Kintamani, Kabupaten Bangli, Provinsi Bali seperti pada Gambar 1. Koordinat UTM daerah penelitian adalah 313952 ; 9081538 sampai 325442 ; 9094819.
Daerah panas bumi Kintamani- Gunung Batur secara administrasi berada di Kabupaten Bangli, Provinsi Bali. Daerah panas bumi ini erat kaitannya dengan aktivitas vulkanik di Gunung Batur. Indikasi panas bumi di daerah ini muncul berupa fumarol, tanah panas, dan beberapa mata air panas dengan temperatur sekitar 37-45 derajat celcius.
2.2 Kondisi Geologi Regional
Geomorfologi daerah Kintamani, Bali dibagi menjadi lima satuan, yaitu Satuan Kawah Fumarol-Solfatar, Satuan Punggungan Aliran Lava, Satuan Dataran Aliran Lava, Satuan Dataran Piroklastik, dan Satuan Dinding Kaldera. Tahap geomorfologi daerah penelitian ini adalah muda. Struktur geologi yang tampak adalah kaldera dan turunan melingkar yang keduanya terbentuk dari collapsed crater (Purnomo dan Pichler, 2015).
Morfologi Kintamani dicirikan dengan adanya Volkan yang masih aktif., yaitu Gunung Batur. Sehingga asosiasi lahannya adalah subur karena berada di dataran gunung api. Banyak material-material yang keluar ketika Gunung Batur bererupsi.
sehingga lahannya subur dan banyak dimanfaatkan penduduk untuk lahan pertanian.
6
Peta geologi daerah panas bumi Kintamani, Kabupaten Bangli, Bali dapat di lihat pada Gambar 2.
Gambar 2. Peta Geologi Daerah Panas Bumi Kintamani, Kabupaten Bangli, Bali.
Kondisi tanah di wilayah Kintamani juga sangat dipengaruhi oleh letusan gunung Batur pada tahun 1917. Tanah yang ada di wilayah ini mempunyai karakteristik yaitu kandungan magmanya tersusun dari basa ke asam, terjadi waktu gunung batur meletus dan membentuk teras Kintamani pada letusan ketiga. Sehingga pada wilayah teras Kintamani ini tidak ditemukan vegetasi yang tumbuh. Tanah yang ada di Kintamani ini sebagian besar sangat subur dan sesuai untuk dimanfaatkan sebagi lahan pertanian dan holtikultura. Tetapi dalam pengolahan lahannya juga perlu diperhatikan karena struktur tanah di wilayah sekitar gunung Batur mempunyai struktur remah atau mudah longsor apabila terjadi hujan yang deras sehingga
7
tanaman yan akan ditanam mempunyai akar yang bisa mengikat tanah. Misalnya tanaman-tanaman yang mempunyai akar serabut.
2.3 Manifestasi Daerah Penelitian
Manifestasi panas bumi yang ada di lokasi ini antara lain mata air hangat dengan pH netral, fumarol, dan solfatar. Manifestasi tersebut dijumpai pada pada elevasi 100- 1600 mdpl dengan temperatur 38-213◦C. Pada elevasi 1500-1600 mdpl, fumarol dan solfatar kawah Gunung Batur (di tengah lokasi penelitian) memiliki temperature paling tinggi, yaitu 213◦ C, sedangkan mata air hangat yang ada di elevasi 100-200 mdpl memiliki temperatur paling rendah, yaitu 38◦ C.
Kenampakan gejala panas bumi di daerah panas bumi Kintamani, terdapat di kawah puncak Gunung Batur yang berupa steaming ground, fumarol, serta batuan ubahan, sedangkan di kaki Gunung Batur sebelah timur berupa air panas yang pemunculannya tersebar di dua kelompok lokasi, dapat dilihat pada Gambar 2.
Manifestasi air panas bertipe bikarbonat, berada pada zona immature water. Batuan reservoir diperkirakan berada pada satuan lava pra-kaldera batur dengan kedalaman belum dapat ditentukan. Batuan penudung diperkirakan berasal dari batuan ubahan dan lava muda Gunung Batur. Luas prospek sistem panas bumi Gunung batur – Kintamani adalah 8 km2. Manifestasi panas bumi daerah kintamani, Bali dapat ditunjukkan pada Tabel 1.
8
Tabel 1. Manifestasi Permukaan Daerah Kintamani, Bali.
Manifestasi Permukaan
Lokasi Sampel Jenis
Toya Bungkah 2 Hot Spring
Toya Bungkah 1 Hot Spring
Songan 1 Hot Spring dari bor pantek
Songan 2 Hot Spring dari bor pantek
Danau Batur Cold Spring
Steaming Ground Steaming Ground
Fumarol Fumarol
9
III. TEORI DASAR
3.1 Konsep Metode Gaya Berat
Metode gaya berat adalah salah satu metode geofisika yang didasarkan pada pengukuran medan gravitasi. Pengukuran ini dapat dilakukan di permukaan bumi, di kapal maupun di udara. Dalam metode ini yang dipelajari adalah variasi medan gravitasi akibat variasi rapat massa batuan di bawah permukaan, sehingga dalam pelaksanaannya yang diselidiki adalah perbedaan medan gravitasi dari suatu titik observasi terhadap titik observasi lainnya (Setiawan, 2018).
Medan gaya berat bumi memiliki perbedaan yang dapat diketahui melalui pengukuran, perbedaan tersebut berupa jenis batuan dan densitas bawah permukaan, adanya perbedaan jarak pusat bumi ke permukaan serta adanya perbedaan topografi di permukaan bumi inilah yang dapat menyebabkan terjadinya variasi atau perbedaan nilai medan gaya berat bumi (Sarkowi, 2014).
Metode gaya berat merupakan suatu usaha untuk menggambarkan keadaan bawah permukaan berdasarkan variasi medan gravitasi bumi yang diakibatkan oleh perbedaan densitas batuan bawah permukaan. Parameter yang diselidiki adalah perbedaan medan gravitasi dari suatu titik observasi lainnya (Telford dkk., 1990).
10
Metode gaya berat merupakan salah satu metode geofisika yang berlandaskan Hukum Newton. Metode penyelidikan ini didasarkan pada pengukuran adanya perbedaan kecil dari medan gayaberat. Perbedaan ini disebabkan karena adanya massa yang tidak merata di kerak bumi sehingga mengakibatkan tidak meratanya massa jenis batuan. Adanya perbedaan massa jenis batuan dari satu tempat dengan tempat lain menimbulkan medan gayaberat yang tidak merata dan perbedaan inilah yang dapat diukur.
Medan gaya berat bumi berarah menuju ke pusat bumi. Medan gayaberat benda anomali memiliki arah yang variatif terhadap sumbu vertikal tergantung dari kedudukan terhadap benda anomali. Di permukaan bumi perubahan medan gayaberat dapat diukur melalui pengukuran medan gayaberat bumi 𝑔 (medan gayaberat bumi pada komponen vertikal). Perubahan medan gayaberat bumi yang disebabkan karena benda anomali lokal disebut dengan Anomali gayaberat dan dilambangkan sebagai ∆𝑔 dan bernilai sangat kecil dibandingkan dengan medan gayaberat bumi itu sendiri ∆𝑔 < 𝑔 (Blakely, 1995).
3.2 Prinsip Dasar Metode Gaya Berat 3.2.1 Hukum Newton Tentang Gravitasi
Teori gaya berat didasarkan oleh hukum Newton yang menyatakan bahwa gaya tarik menarik yang bekerja diantara dua partikel benda berbanding lurus dengan perkalian massanya dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak massa tersebut, sehingga dapat dinyatakan dalam persamaan pada Gambar 3.
11
Gambar 3. Gaya tarik menarik antara dua benda (Blakely, 1996).
𝐹⃗(𝑟) = 𝐺𝑚1𝑚2
𝑟2 𝑟⃗ ... (1) dimana:
𝐹⃗(r) = gaya tarik menarik antara benda m1 dan m2 (N)
G = konstanta gaya berat universal (6,67 x 10-11 m3 kg-1 s-2) m1 = massa partikel 1 (kg)
m2 = massa benda 2 (kg)
𝑟⃗ = jarak antara dua buah benda (m)
3.2.2 Percepatan gayaberat
Dalam pengukuran gayaberat yang diukur bukan gaya gayaberat F, melainkan percepatan gayaberat g. Hubungan antara keduanya dijelaskan oleh hukum Newton II yang menyatakan bahwa sebuah gaya sebanding dengan massa dan percepatan. Hukum Newton mengenai gerak Newton, yaitu:
𝐹 = 𝑚𝑔 (2)
12
Interaksi antara bumi (bermassa M) dengan benda di permukaan bumi (bermassa m) sejauh jarak R dari pusat keduanya juga memenuhi hukum tersebut, maka dari persamaan tersebut didapatkan:
𝑔 = 𝐺 𝑀
𝑅2 (3)
dimana satuan g adalah m/det2 dalam SI, atau Gal (Galileo), yaitu 1 cm/det2. Karena pengukuran dilakukan dalam variasi percepatan gayaberat yang begitu kecil, maka satuan yang sering digunakan adalah miliGal(mGal).
Persamaan (3) menunjukkan bahwa besarnya percepatan yang disebabkan oleh gayaberat di bumi (g) adalah berbanding lurus dengan massa bumi (M) dan berbanding terbalik dengan kuadrat jari-jari bumi (R). Dalam metode gayaberat, pengukuran dilakukan terhadap nilai komponen vertikal dari percepatan gayaberat di suatu tempat. Namun pada kenyataannya, bentuk bumi tidak bulat sehingga terdapat variasi nilai percepatan gayaberat untuk masing-masing tempat.
Hal-hal yang dapat mempengaruhi nilai percepatan gayaberat adalah perbedaan derajat garis lintang, perbedaan ketinggian (topografi), kedudukan bumi dalam tata surya, variasi rapat massa batuan di bawah permukaan bumi, perbedaan elevasi tempat pengukuran, dan hal lain yang dapat memberikan kontribusi nilai gayaberat, misalnya bangunan.
3.2.3 Potensial gaya berat
Potensial gaya berat merupakan energi yang diperlukan untuk memindahkan suatu massa dari suatu titik ke titik tertentu. Suatu benda dengan massa
13
tertentu dalam sistem ruang akan menimbulkan medan potensial sekitarnya.
Dimana medan potensial bersifat konservatif, artinya usaha yang dilakukan dalam suatu medan gravitasi tidak tergantung pada lintasan yang ditempuhnya namun, hanya bergantung pada posisi awal dan akhir (Rosid, 2005).
3.2.4 Rapat Massa Batuan
Rapat massa (density) batuan adalah besaran utama dalam menentukan nilai percepatan gravitasi. Variasi rapat massa pada batuan sedimen disebabkan karena adanya tekanan gaya tektonik (Untung, 2001). Densitas batuan dipengaruhi oleh beberapa faktor yaitu rapat massa butir pembentukannya, porositas, kandungan fluida yang mengisi pori-porinya, serta pemadatan akibat tekanan dan pelapukan yang dialami batuan tersebut. Tabel nilai densitas batuan dapat ditunjukkan pada Tabel 2.
Tabel 2. Nilai densitas batuan (Telford dkk, 1990).
Material Type Density Range (gr/cc)
Approximate Average Density
(gr/cc) Sedimentary
rocks
Alluvium 1.9-2.0 1.9
Clay 1.6-2.6 2.2
Garvel 1.7-2.4 2.0
Loess 1.4-1.9 1.6
Silt 1.8-2.2 1.9
Soil 1.2-2.4 1.9
Sand 1.7-2.3 2.0
Sandstone 1.6-2.7 2.3
Shale 1.7-3.2 2.4
Limestone 1.9-2.9 2.5
Dolomite 2.2-2.9 2.7
Chalk 1.5-2.6 2.0
14
3.3 Koreksi Gaya Berat (Gravity)
Besar nilai gayaberat bergantung kepada lima faktor, yaitu lintang, elevasi topografi daerah sekitar pengukuran, pasang surut bumi, dan variasi densitas di bawah permukaan (Telford, dkk., 1990). Eksplorasi gayaberat lebih menekankan pada perubahan besar nilai gayaberat oleh karena variasi densitas di bawah permukaan. Sementara nilai gayaberat yang terukur pada alat gravimeter tidak hanya berasal dari nilai gayaberat yang disebabkan oleh variasi densitas di bawah permukaan, tetapi juga dari keempat faktor lainnya.
Koreksi dalam metode gayaberat diperlukan untuk menghilangkan faktor faktor lain yang mempengaruhi besar nilai gravitsi sehingga didapatkan nilai gayaberat yang hanya disebakan oleh pengaruh variasi densitas di bawah permukaan. Berikut koreksi-koreksi yang dilakukan kepada data gayaberat lapangan:
Halite 2.1-2.6 2.2
Glacier ice 0.8-0.9 0.9
Igneous rocks
Rhyolite 2.3-2.7 2.5
Granite 2.5-2.8 2.6
Andesite 2.4-2.8 2.6
Syenite 2.6-2.9 2.7
Basalt 2.7-3.3 2.9
Gabbro 2.7-3.5 3.0
Metamorphic rocks
Schist 2.3-2.9 2.6
Gneiss 2.5-3.0 2.8
Phylite 2.6-2.8 2.7
Slate 2.7-2.9 2.7
Granulite 2.5-2.7 2.6
Amphibolite 2.9-3.0 2.9
Eclogite 3.2-3.5 3.3
15
3.3.1 Koreksi pasang surut (tide correction)
Koreksi pasang surut gaya berat atau tide correction muncul karena adanya tarikan gaya berat yang diakibatkan benda-benda yang ada dilangit, terutama yang memiliki faktor paling besar adalah efek tarikan yang diakibatkan oleh bulan dan matahari, sehingga untuk menghilangkan efek tersebut perlu dilakukan koreksi. Harga koreksi ini berubah-ubah setiap waktu secara periodik tergantung dari kedudukan benda-benda langit tersebut. Koreksi ini merupakan gaya tarik bulan dan matahari pada permukaan bumi maka harga tersebut ditambahkan pada harga baca dan pengamatan, jika koreksi tersebut merupakan lawan dari gaya tarik maka perlu dikurangkan. Nilai tidal atau nilai pasang surut yang mempengaruhi nilai gaya berat yang telah dihitung dengan menggunakan komputasi adalah dalam orde mikroGal (Longman,1959).
Gambar 4. Koreksi Pasang Surut (Telford, dkk.,1990)
Pada koreksi pasang surut ini harganya berubah setiap waktu dapat bernilai positif (+) dan juga bernilai negatif (-) tergantung dari kedudukan benda-
16
benda langit tersebut. Tanda (+) menunjukkan bumi mengalami tarikan dari posisi normalnya. Sedangkan tanda (-) menunjukkan bumi mengalami dorongan dari posisi normalnya. Dengan koreksi pasang surut ini bumi disetimbangkan pada posisi normalnya.
Koreksi pasang surut dilakukan dengan menjumlahkan pada harga bacadan pengamatan, jika koreksi tersebut merupakan lawan dari gaya tarik, maka perlu dikurangkan, Gravitasi terkoreksi tidal dapat ditulis sebagai berikut :
𝑔𝑠𝑡 = 𝑔𝑠 + 𝑡 ... (4)
Dimana, gst adalah nilai terkoreksi pasang surut (g observasi), gs adalah nilai pada pembacaan alat dan t adalah nilai koreksi pasang surut (tidal).
3.3.2 Koreksi Apungan (drift correction)
Prinsip alat gravitymeter menggunakan prinsip sistem keseimbangan pegas.
Pada alat dilengkapi dengan massa (mass) yang tergantung pada ujung komponen short lever, ketika alat digunakan maka mass akan bergerak kebawah sesuai percepatan gravitasi titik pengukuran. Kemudian pegas akan mengembalikan posisi mass ke posisi semula, perubahan posisi tersebut itulah yang akan terbaca pada alat sehingga belum mempunyai satuan. Setiap kali melakukan pengukuran, pegas akan mengalami kelelahan sehingga hasil pengukuran tidak maksimal. Oleh karena itu perlu dilakukan koreksi ini. Tahap pelaksanaan koreksi drift adalah membuat suatu looping pada waktu pengamatan.
17
Gambar 5. Pengukuran Looping
Pengukuran awal dilakukan pada Base Station Lokal (BST), kemudian dilanjutkan dengan pengukuran titik-titik amat sesuai rencana. Akhir pengukuran dalam satu hari kerja tersebut ditutup dengan pengukuran kembali ke BST. Perbedaan hasil pengukuran terhadap BST pada awal dan akhir pengukuran merupakan besarnya koreksi drift. Koreksi untuk masing- masing titik pengamatan dilakukan dengan interpolasi terhadap waktu pengukuran. Koreksi apungan adalah koreksi yang disebabkan oleh alat itu sendiri yang mennunjukkan perubahan harga setiap waktu yang dapat dianggap linear untuk jangka waktu yang relatif pendek. Besarnya koreksi apungan (DC) untuk suatu loop adalah:
𝐷𝑛 =𝑔𝑛−𝑔0
𝑡𝑁−𝑡0 (𝑡𝑛− 𝑡0) ... (8) Dimana,
Dn = koreksi drift pada titik n
gn = pembacaan gravimeter pada stasiun n g0 = pembacaan gravimeter pada awal looping t0 = waktu pembacaan pada awal looping tN = waktu pembacaan pada akhir looping tn = waktu pembacaan pada stasiun n.
18
Sehingga pada perhitungannya akan dilakukan persamaan:
𝐺𝑂𝑏𝑠= 𝐺𝑡𝑖𝑑𝑎𝑙+ 𝑑𝑟𝑖𝑓𝑡 ... (5)
Dimana,
GObs = pembacaan gravimeter pada stasiun n Gtidal = pembacaan gravimeter pada awal looping
Drift = waktu pembacaan pada awal looping (Susilawati, 2005).
Koreksi apungan dilakukan setelah koreksi pasang surut sehingga besarnya gaya berat terkoreksi (g) adalah:
𝑔 = 𝑔𝑜𝑏𝑠 − 𝑇𝐶 − 𝐷𝐶 ... (6)
3.3.3 Koreksi Lintang (latitude correction)
Koreksi lintang dilakukan karena bentuk bumi yang tidak sepenuhnya bulat sempurna, tetapi agak pepat pada daerah ekuator dan juga karena rotasi bumi. Hal ini menyebabkan garis spheroid dan Geoid bumi menyebabkan adanya gaya sentrifugal yang menarik massa keluar (Balekly, 1996). Koreksi lintang dapat dilakukan dengan 2 cara yakni dengan menggunakan diferensi IGRF 67 (untuk derajat lintang/latitude) atau IGRF 84 (untuk radian).
IGRF 67:
𝑔𝜃 = (978031,8 (1 + 0,0053924 𝑠𝑖𝑛2𝜃 − 0,0000059 𝑠𝑖𝑛22𝜃) ... (7)
19
IGRF 84:
𝑔𝜃 = (978032,7 (1 + 0,0053024 𝑠𝑖𝑛2𝜃 − 0,0000058 𝑠𝑖𝑛22𝜃) ... (8)
Gambar 6. Koreksi Lintang (Telford, dkk. 1990).
3.3.4 Koreksi udara bebas (free air correction)
Koreksi udara bebas merupakan koreksi akibat perbedaan ketinggian sebesar h dengan mengabaikan adanya massa yang terletak diantara titik amat dengan sferoid referensi. Koreksi ini dilakukan untuk mendapatkan anomali medan gaya berat di topografi. Untuk mendapat anomali medan gaya berat di topografi maka medan gaya berat teoritis dan medan gaya berat observasi harus sama-sama berada di topografi, sehingga koreksi ini perlu dilakukan.
Menurut Lowrie (2007), ketinggian titik pengamatan dari permukaan bumi akan mempengaruhi nilai gaya berat observasi, semakin tinggi nilai titik amat maka nilai gaya berat observasi semakin menurun, dan semakin rendah titik pengamatan maka nilai gaya berat observasi semakin meningkat.
Perhitungan koreksi udara bebas (free air correction) dilakukan dengan cara (Rosid, 2005):
20
𝑔 = 𝐺 𝑀
𝑅2 ... (9) 𝑑𝑔 = −2𝑔𝑀
𝑟3𝑑𝑟 = −2𝑔
𝑟𝑑𝑟 ... (10) Jika pertambahan jari-jari dr dinyatakan dalam bentuk ketinggian di atas muka laut h, maka:
𝑑𝑔 𝑑𝑟 =𝑑𝑔
ℎ = −2𝑔
𝑟 ... (11) dimana g adalah besar nilai gaya berat absolut dan r adalah jari-jari bumi.
Dengan memasukkan nilai g dan r ke dalam persamaan (15), maka besar koreksi udara bebas adalah:
𝛿𝑔 = 0,3086 ℎ ... (12) dimana h adalah ketinggian dalam pengukuran gaya berat.
Gambar 7. Koreksi udara bebas terhadap data gaya berat (Zhou, dkk., 1990).
3.3.5 Koreksi Bouguer (Bouguer Correction)
Koreksi Bouguer diperhitungkan karena adanya efek tarikan dari material/massa yang berada diantara statiun dan bidang datum yang belum diperhitungkan pada koreksi udara bebas. Koreksi Bouguer dilakukan
21
dengan menggunakan pendekatan benda berupa slab tak berhingga dengan ketebalan dan densitas yang sama (Telford, dkk., 1990). Persamaan koreksi bouguer adalah:
𝑔𝑏 = 2𝜋𝐺𝜌ℎ ... (13) Dimana,
𝜋 = 3,14; 𝐺
= 6,67𝑥10−11𝑚3𝑘𝑔−1𝑑𝑒𝑡−3; 𝜌 dalam 𝑔𝑟
𝑐𝑚3; dan ℎ dalam meter, maka:
𝑔𝑏 = 0,04192𝜌ℎ 𝑚𝐺𝑎𝑙 ... (14)
Tanda koreksi Bouguer berbanding terbalik dengan koreksi udara bebas. Pada koreksi Bouguer, jika titik pengukuran berada di atas bidang geoid, maka koreksi akan dikurang. Hal ini dikarenakan kandungan massa di atas bidang geoid membuat nilai g titik pengukuran lebih besar dari nilai g pada bidang geoid, sehingga untuk menarik titik pengukuran ke bidang geoid koreksi harus dikurang. Dan juga sebaliknya, jika titik pengukuran berada di bawah bidang geoid, koreksi akan ditambah.
Gambar 8. Koreksi Bouguer (Zhou, dkk. 1990).
22
Anomali gaya berat yang dihasilkan setelah diapilikasikan dengan koreksi Bouguer dan anomali udara bebas atau disebut sebagai Simple Bouguer Anomali yang dapat diltuliskan dengan persamaan (Blakely, 1996).
SBA = FAA-BC ... (15)
3.3.6 Koreksi medan (terrain correction)
Kondisi topografi di area sekitar titik pengamatan tidak selalu datar atau tidak beraturan, hal tersebut dapat mempengaruhi nilai gayaberat pengamatan. Sebagai contoh di sekitar pengukuran terdapat bukit, maka bukit ini akan mempunyai pengaruh terhadap medan yang dapat menekan gravitymeter untuk menaikkan percepatan gayaberat dan sebaliknya, adanya lembahan akan memberikan efek penurunan hasil pengukuran gayaberat.
Koreksi medan didapatkan dengan melakukan pengolahan data menggunakan hammer chart (Telford, dkk., 1990).
Gambar 9. Stasiun yang berada dekat dengan gunung (Reynolds, 1997).
23
Gambar 10. Stasiun yang berada dekat dengan lembah (Reynolds, 1997).
Koreksi medan biasa dilakukan dengan membagi daerah di sekitar titik pengukuran dengan beberapa kompartemen, dan menyelisihkan ketinggian tiap kompartemen dengan ketinggian titik pengukuran (Telford, dkk., 1990).
Koreksi medan dapat dilakukan dengan menggunakan diagram medan (Hammer Chart), dengan membuat sektor yang radius daerahnya bertambah tiap jarak dari titik pengukuran. Hammer melakukan pendekatan pengaruh topografi dengan suatu cincin yang terlihat pada Gambar 12.
Gambar 11. Hammer Chart (Reynolds, 1997).
24
Menurut Reynolds (1997), besarnya koreksi topografi dengan menggunakan pendekatan cincin silinder dituliskan dalam persamaan (16):
𝑇𝐶 = (2𝜋𝜌𝐺
𝑁 [𝑟2− 𝑟1+ √𝑟12+ 𝑧2 − √𝑟22+ 𝑧2]) 𝑚𝐺𝑎𝑙 .... (16) Dimana, N merupakan jumlah kompertemen pada zona yang digunakan, r2
merupakan radius luar (m), r1 merupakan radius dalam (m), z merupakan perbedaan ketinggian rata-rata kompertemen dan titik pengukuran.
Sehingga besar nilai koreksi medan pada setiap stasiun pengukuran gaya berat adalah total dari koreksi medan (TC) sektor-sektor dalam satu stasiun pengukuran tersebut.
3.4 Anomali Bouguer Data Gaya Berat
Setelah melakukan proses koreksi di atas, maka akan didapatkan nilai yang disebut Anomali Bouguer. Anomali Bouguer adalah anomali yang disebabkan oleh variasi densitas secara lateral pada batuan di kerak bumi yang telah berada pada bidang referensi yaitu bidang geoid. Persamaan untuk mendapatkan nilai Anomali Bouguer (gAB) adalah:
𝑔𝑜𝑏𝑠 = 𝑔𝑟𝑒𝑎𝑑− 𝑔𝑡𝑖𝑑𝑒− 𝑔𝑑𝑟𝑖𝑓𝑡 ... (17) 𝑔𝐴𝐵 = 𝑔𝑜𝑏𝑠 − 𝑔∅+ 𝑔𝐹𝐴− 𝑔𝐵+ 𝑇𝐶 ... (18)
Dimana, merupakan nilai pembacaan gaya berat di lapangan, merupakan koreksi pasang surut, merupakan koreksi apungan, merupakan koreksi lintang, merupakan koreksi udara bebas, merupakan Koreksi Bouguer .
25
Nilai Anomali Bouguer dapat bernilai positif maupun negatif hal ini menandakan bahwa adanya perbedaan nilai densitas yang terukur di bawah permukaan bumi, semakin positif atau positif nilai Anomali Bouguer menandakan adanya kontras densitas yang besar pada lapisan bawah permukaan, sedangkan nilai Anomali Bouguer yang semakin negatif atau negatif menandakan adanya kontras densitas yang kecil di bawah permukaan.
Anomali Bouguer merupakan penjumlahan dari anomali regional dan anomali residual. Kedua anomali tersebut saling berinteraksi dan menimbulkan anomali yang tumpeng tindih. Oleh sebab itu, anomali-anomali tersebut harus saling saling dipisahkan. Sehingga diperlukan suatu metode pemisahan anomali regional dengan anomali residual yang cukup baik, agar didapatkan anomali residual yang akurat untuk pemodelan geologi bawah permukaan bumi. Banyak sekali metode yang sering digunakan dalam pemisahan anomali regional- residual. Akan tetapi para peneliti belum mempunyai suatu metode penghitungan yang dapat dijadikan pegangan, sehingga para peneliti mengalami kesulitan dalam melakukan pemisahan anomali ini. Hal ini terlihat dari beberapa penelitian gaya berat yang dalam proses pemisahan anomali ini. Hal ini terlihat dari beberapa penelitian gaya berat yang dalam proses pemisahan anomali ini, masih menggunakan metode-metode yang berbeda-beda. Metode-metode yang digunakan antara lain: metode moving average, metode polinomial, dan metode inversi. Ketiga metode ini akan dikembangkan ke dalam tampilan program baru,
26
yang memudahkan para peneliti untuk melakukan pemisahan anomali regional- residual (Koesuma, dkk, 2013).
3.5 Estimasi Densitas Permukaan Rata-Rata
Faktor densitas sangat penting peranannya dalam perhitungan gaya berat dan penafsirannya. Untuk menentukan densitas rata-rata ada beberapa cara diantaranya yaitu:
3.5.1 Metode Parasnis
Parasnis mencoba melakukan perhitungan densitas secara analitis. Dalam penentuan densitas rata-rata, menurut Parasnis Anomali Bouguer memiliki hubungan sebagai berikut:
𝑔𝑜𝑏𝑠 − 𝑔𝜙+ 0.3086ℎ = (0.04193ℎ − 𝑇𝐶)𝜌 + 𝐶𝐵𝐴 ... (19) Jika diasumsikan harga Anomali Bouguer yang memiliki nilai random error sama dengan nol pada daerah survei. Data tersebut dapat diplotkan pada grafik dan nilai densitas dapat diambil dari gradien garis tersebut.
3.5.2 Metode Nettleton
Pada metode ini dibuat grafik Anomali Bouguer dengan berbagai macam nilai densitas dan dibandingkan dengan peta topografi. Densitas yang memiliki variasi paling minimum dengan peta topografi dianggap sebagai densitas yang benar.
27
Gambar 12. Penentuan densitas rata-rata dengan Metode Nettleton. (a)Titik- titik pengambilan data. (b) Metode Nettleton dengan variasi nilai densitas. (Lowrie, 2006).
3.6 Moving Avarage
Moving average dilakukan untuk memisahkan anomali regional residual dari anomali bouguer. Dengan metode ini penurunan anomali residual dilakukan secara tidak langsung karena keluaran dari perata –rataan bergerak adalah anomali regionalnya, sehingga residual didapat dari mengurangkan anomali regional terhadap anomali pengukuran. Pemisahan anomali regional – residual dilakukan untuk mempermudah interpretasi, karena dalam suatu eksplorasi tentu terdapat sebuah target event. Target event ini harus dipisahkan dengan event yang lainnya. Bila target event merupakan anomali residual, maka event yang lainnya adalah regional dan noise.
3.7 Second Second Vertical Derivative (SVD)
Second Vertical Derivative (SVD) merupakan metode yang dapat digunakan untuk mengidentifikasi keberadaan suatu patahan karena dengan SVD dapat diketahui diskontinuitas suatu struktur di bawah permukaan. Metode SVD dapat
28
digunakan untuk membantu interpretasi jenis struktur terhadap data anomali bouguer yang diakibatkan oleh adanya struktur patahan turun atau patahan naik (Sarkowi, 2011).
Pola kontur anomali residual diperoleh melalui proses pemisahan anomali regional–residual. Efek dangkal yang terkandung di dalam data anomali residual dapat dimunculkan dengan menerapkan teknik anomali enhancement yang salah satunya dengan menggunakan metode Second Vertical Derivative (SVD).
Metode SVD ini sangat baik dalam mendelineasi patahan (Handyarso dan Padmawidjaja, 2017).
SVD dari suatu anomali gaya berat permukaan adalah sama dengan negatif dari second horizontal derivative (SHD). Anomali yang disebabkan oleh struktur cekungan mempunyai nilai harga mutlak minimal SVD selalu lebih besar daripada harga maksimalnya. Sedangkan anomali yang disebabkan struktur intrusi berlaku sebaliknya, harga mutlak minimalnya lebih kecil dari harga maksimalnya (Hartati, 2012).
Dengan metode SVD dapat memperjelas struktur – struktur lokal yang biasanya terlihat samar sehingga bentuk kurvanya lebih tajam dibanding struktur – struktur regional yang lebih lebar. Hal ini disebabkan, karena data gravitasi memiliki nilai anomali yang pada metode ini akan mengalami perubahan secara vertikal, sehingga turunan keduanya akan menggambarkan besarnya efek gravitasi dari struktur - struktur yang lebih luas dan terletak jauh lebih dalam.
Adapun penjelasan mengenai teknik perhitungan serta prinsip dasar dari metode SVD ini sendiri telah dikemukakan oleh Henderson dan Zietz (1949), Elkins
29
(1951) dan Rosenbach (1953), sehingga mendapatkan beberapa operator filter SVD sebagai berikut :
Tabel 3. Henderson dan Zietz (1949)
Tabel 4. Elkins (1951)
Tabel 5. Rosenbach (1953)
3.8 Forward Modelling
Pemodelan ke depan (Forward Modelling) merupakan proses perhitungan data dari hasil teori yang akan teramati di permukaan bumi jika parameter model diketahui. Pada saat melakukan interpretasi, dicari model yang menghasilkan respon yang cocok dan fit dengan data pengamatan atau data lapangan.
Sehingga diharapkan kondisi model itu bisa mewakili atau mendekati keadaan sebenarnya. Dalam pemodelan dicari suatu model yang cocok atau fit dengan data lapangan, sehingga model tersebut dianggap mewakili kondisi bawah
0.0000 0.0000 -0.0838 0.0000 0.0000 0.0000 +1.0000 -2.6667 +1.0000 0.0000 -0.0838 -2.6667 17.0000 -2.6667 -0.0838
0.0000 +1.0000 -2.6667 +1.0000 0.0000 0.0000 0.0000 -0.0838 0.0000 0.0000
0.0000 -0.0833 -0.0000 -0.0833 0.0000 -0.0833 -0.0667 -0.0334 -0.0667 -0.0833
0.0000 -0.0334 +1.0668 -0.0334 0.0000 -0.0833 -0.0667 -0.0334 -0.0667 -0.0833
0.0000 -0.0833 -0.0000 -0.0833 0.0000
0.0000 +0.0416 0.0000 +0.0416 0.0000 +0.0416 -0.3332 -0.7500 -0.3332 +0.0416 0.0000 -0.7500 4.0000 -0.7500 0.0000 +0.0416 -0.3332 -0.7500 -0.3332 +0.0416 0.0000 +0.0416 0.0000 +0.0416 0.0000
30
permukaan di daerah pengukuran. Seringkali istilah forward modelling digunakan untuk proses trial and error.
Trial and error adalah proses coba-coba atau tebakan untuk memperoleh kesesuaian antara data teoritis dengan data lapangan. Diharapkan dari proses trial and error ini diperoleh model yang cocok responnya dengan data (Grandis, 2009). Menurut Talwani (1959), forward modeling untuk efek gayaberat benda bawah permukaan dengan penampang berbentuk sembarang dapat diwakili oleh suatu polygon berisi n yang dinyatakan sebagai integral garis sepanjang sisi-sisi polygon
... (20)
Intergral garis tersebut dapat pula dinyatakan sebagai jumlah garis tiap sisinya sehingga persamaan diatas dapat ditulis sebagai berikut:
𝑔𝑧 = 2𝐺𝜌 ∑𝑛𝑖=1𝑔𝑖 ... (21)
Model benda anomali sembarang oleh Talwani didekati dengan poligon- poligon. Adapun persamaan sebagai berikut:
𝑔𝑖 = ∫ tan 𝜃𝛼𝑖tan 𝜃𝑖
𝑖−tan 𝜃 𝑐
𝑏 𝑑𝜃 ... (22) sehingga diperoleh:
𝑔𝑖 = 𝛼𝑖sin ∅𝑖 cos ∅𝑖 {(𝜃𝑖 + 𝜃𝑖+1)ln ( cos 𝜃𝑖(tan 𝜃𝑖−tan ∅𝑖)
cos 𝜃𝑖+1(tan 𝜃𝑖+1−tan ∅𝑖))} (23)
31
dimana,
... (24)
... (25)
3.9 Inverse Modelling
Inverse Modelling adalah pemodelan berkebalikan dengan pemodelan ke depan.
Pemodelan inversi berjalan dengan cara suatu model dihasilkan langsung dari data. Pemodelan jenis ini sering disebut data fitting atau pencocokan data karena proses di dalamnya dicari parameter model yang menghasilkan respon yang cocok dengan data pengamatan. Diharapkan untuk respon model dan data pengamatan memiliki keseuaian yang tinggi, dan ini akan menghasilkan model yang optimum (Supriyanto, 2007).
(Talwani, 1960) menjelaskan mengenai penghitungan pengaruh gravitasi oleh benda tiga dimensi. Tahap awal perhitungan nya adalah merepresentasikan benda tiga dimensi tersebut kedalam bentuk kontur-kontur. Masing-masing kontur kemudian diganti dengan sebuah lamina poligon horizontal dengan n-sisi tak beraturan. Jika dibuat sejumlah lamina yang cukup banyak, maka bentuk benda yang dimodelkan akan semakin jelas. Untuk lebih jelasnya perhatikan Gambar 13, benda massif M di titik P akan dijadikan objek yang akan dihitung.
32
Dalam proses inversi menggunakan software Grablox ini tahapan yang dilakukan dimulai dari optimasi base, optimasi densitas dan optimasi ketinggian blok. Fungsi dari optimasi base untuk mengoptimalkan nilai-nilai parameter dasar anomaly yang akan digunakan untuk proses selanjutnya. Kemudian optimasi densitas bertujuan untuk mengoptimalkan nilai densitas yang diinput supaya nilai error pengukuran dapat diminimalisir. Sedangkan optimasi ketinggian blok bertujuan untuk mendapatkan tingkat kedalaman blok. Dalam proses inversi ini menggunakan dekomposisi nilai singular atau Singular Value Decompotition (SVD) dan teknik optimasi lainnya yaitu menggunakan prinsip Occam’s, dimana penggunaan metode ini dilakukan secara bertahap. Jika dengan metode SVD masih didapatkan nilai error yang masih besar, maka perlu dilakukan optimasi dengan Occam’s (Tulak, 2011).
Gambar 13. Elemen-elemen geometri yang diperlukan dalam perhitungan anomali gravitasi yang disebabkan oleh benda tiga dimensi (Talwani, 1960).
33
3.10 Sistem Panas Bumi
Sistem panas bumi dapat ditemukan di daerah dengan gradien suhu diatas normal, dan khususnya di daerah sekitar batas lempeng dimana gradien suhu dapat secara signifikan lebih besar dari nilai rata-rata. Adapun syarat utama dalam pembentukan sistem panas bumi adalah:
1. Sumber Panas
Sumber panas berupa intrusi magma dengan temperatur yang sangat tinggi (>6000C) yang mencapai kedalam relatif dangkal atau (5 sampai 10 km), atau pada beberapa sistem suhu rendah, dapat memanfaatkan sifat temperatur bumi yang meningkat terhadap kedalaman.
2. Reseirvoar
Reservoar panas bumi merupakan tempat terakumulasinya fluida panas bumi dan memiliki sifat meloloskan fluida tersebut. Reservoar umumnya menyatu dengan batuan penutup (cap rock) impermeable dan terhubung dengan recharge area.
3. Terdapat Struktur Geologi
Struktur geologi dalam sistem panas bumi ini berupa patahan, lipatan collapse rekahan dan ketidakselarasan, yang merupakan sistem lolosnya air (permeable).
4. Fluida
Fluida yang belum dipanaskan berupa air meteorik. Fluida ini akan meresap ke bawah permukaan melalui recharge area, rekahan maupun lubang bor (injeksi). Fluida ini akan terus meresap ke bawah permukaan melalui reservoir hingga terpanaskan oleh sumber panas.
34
5. Cap Rock
Cap rock merupakan batuan penutup atau ‘tudung’ reservoir yang dihasilkan dari proses pelapukan dan perubahan mineral (alterasi) dari batuan asalnya oleh fluida panas yang mengalir. Pada umumnya cap ini berupa batuan clay yang bersifat impermeable.
Sampai saat ini Indonesia terdapat 265 lokasi panas bumi yang tersebar di sepanjang jalur vulkanik yang terbentang dari P. Sumatera, Jawa, Bali, Nusa Tenggara, Sulawesi, dan Maluku, serta daerah-daerah non-vulkanik seperti Kalimantan dan Papua (Kasbani, 2009). Sebagian besar lokasi panas bumi (80%) merupakan daerah panas bumi yang berasosiasi dengan lingkungan busur vulkanik kuarter, dan sisanya adalah berasosiasi dengan lingkungan non-vulkanik yang berada di luar busur vulkanik tersebut.
Berdasarkan asosiasinya dengan tatanan geologi, sistem panas bumi dibagi menjadi 3 jenis, yaitu:
1. Sistem panas bumi vulkanik
Sistem ini merupakan sistem panas bumi yang berasosiasi dengan gunung api kuarter yang umumnya terletak pada busur vulkanik kuarter yang memanjang dari Sumatera, Jawa, Bali, Nusa Tenggara, sebagian Sulawesi Utara, dan Maluku. Pembentukan sistem panas bumi ini biasanya tersusun oleh batuan vulkanik menengah (andesit-basalt) hingga asam dan umumnya memiliki karakteristik reservoar sekitar 1,5 km dengan temperatur reservoar tinggi (~250 - ≤ 3700C).
Pada daerah vulkanik aktif biasanya memiliki umur batuan yang relatif muda dengan kondisi temperatur yang sangat tinggi dan kandungan gas
35
magmatik besar. Ruang antar batuan (permeabilitas) relatif tinggi karena faktor aktivitas tektonik yang belum terlalu dominan dalam membentuk celah-celah/rekahan yang intensif sebagai batuan reservoar. Pada daerah vulkanik tidak aktif biasanya berumur relatif lebih tua dan telah mengalami aktivitas tektonik yang cukup kuat untuk membuat permeabilitas batuan melalui rekahan dan celah yang intensif. Pada kondisi tersebut biasanya terbentuk temperature menengah tinggi dengan konsentrasi gas magmatik yang lebih sedikit.
2. Sistem panas bumi vulkano-tentonik
Sistem ini merupakan sistem yang berasosiasi antar struktur graben dan kerucut vulkanik, umumnya ditemukan di daerah Sumatera pada jalur sistem Sesar Sumatera (Sesar Semangko).
3. Sistem panas bumi non-vulkanik
Sistem ini tidak berkaitan langsung dengan vulkanisme dan umumnya berada diluar jalur vulkanik kuarter. Lingkungan non-vulkanik di Indonesia bagian barat pada umumnya tersebar di bagian timur paparan sunda karena pada daerah tersebut didominasi oleh batuan yang merupakan penyusun kerak Benua Asia seperti batuan metamorf dan sedimen. Di Indonesia bagian timur lingkungan non-vulkanik berada di daerah lengan dan kaki Sulawesi serta daerah Kep. Maluku hingga Papua didominasi oleh batuan granitic, metamorf dan sedimen laut.
1
IV. METODOLOGI PENELITIAN
4.1 Waktu dan Tempat Penelitian
Penelitian ini dilakukan pada bulan September 2022 sampai dengan Februari 2023. Penelitian dilakukan di Laboratorium Geofisika Eksplorasi, Jurusan Teknik Geofisika, Fakultas Teknik, Universitas Lampung.
4.2 Alat dan Bahan
Data penelitian ini merupakan data sekunder, yang diperoleh dari Pusat Sumber Daya Mineral Batubara dan Panas Bumi (PSDMBP) Bandung yang merupakan data gaya berat sebanyak 296 titik dilakukan berkala pada bulan Juli – Agustus 2018. Alat dan bahan yang digunakan pada penelitian ini adalah:
1. Data sekunder Gravity
2. Software Geosoft Oasis Montaj 6.4.2 3. Software Surfer 15
4. Software Arcgis 5. Software Ms.Excel 6. Software ZondGM3D
37
4.3 Jadwal Kegiatan
Jadwal kegiatan pada penelitian ini dapat dilihat pada Tabel 1.berikut:
Tabel 6. Jadwal Kegiatan Penelitian
No Kegiatan Bulan (Minggu ke-)
September Oktober November Desember Januari Februari
1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4
1 Studi literatur
2 Persiapan Penelitian 3 Seminar Usul
4 Pengolahan Data 5 Penyusunan Laporan 6 Seminar Hasil
7 Penyelesaian Skripsi 8 Ujian Komprehhensif
